Введение
полигон окружающий вредный среда
ЦЕЛЬ: формирование компетенций в соответствии с требованиями программы практики:
ОК-4 - способность самостоятельно проводить поиск патентной информации, сбор и систематизацию научной информации по теме производственной практики;
ОК-11 - способность представлять итоги профессиональной деятельности в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с предъявляемыми требованиями;
ОПК-3 - способность акцентировано формулировать мысль в устной и письменной форме на государственном языке Российской Федерации и иностранном языке;
ПК-9 - способность создавать модели новых экологически безопасных систем и процессов в области в области утилизации и переработки техногенных отходов;
ПК-10 - способностью анализировать, оптимизировать и применять современные информационные технологии при решении научных задач;
ПК-12 - способность использовать современную измерительной технику, современные методы измерения при проведении производственной практики.
Задачи:
- закрепление теоретических знаний, полученных при изучении базовых дисциплин;
- освоение приемов, методик проведения научных исследований;
- получение навыков использования современного аналитического оборудования, лабораторных испытательных установок.
Быстрая урбанизация и недостаточное развитие доступных технологий обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов привели к тому, что повсеместно в пределах больших и малых населенных пунктов образовались места захоронения ТКО, различные по объему отходов, их морфологическому составу, площади захоронения, высоте и геометрии тела. Находясь на разных фазах жизненного цикла, они относятся к наиболее типичным нарушениям ландшафтов и задалживанию территорий на длительные сроки, освоение которых для хозяйственного использования сдерживается различными причинами. Главная из них состоит в недостаточной изученности процессов, происходящих в свалочном теле, и как следствие, отсутствии достоверных прогнозов эмиссий биогаза, фильтрата и дифференцированной просадки свалочного тела, трудности в оценке денежных затрат, необходимых для ликвидации, санации и освоения территорий, занятых свалочными телами и полигонами ТКО.
Анализ литературы показал, что многие закрытые полигоны ТКО используются в различных градостроительных направлениях: парки, зеленые зоны; спортивные площадки, поля для игры в гольф; склады, автостоянки, легкие металлические конструкции, дороги с твердым покрытием; жилая и промышленная застройка. Как правило, освоению предшествует либо полная герметизация свалочного тела и активная дегазация, что, безусловно, является технически сложным и дорогим даже для развитых стран Европы мероприятием, либо полная его экскавация. Эти меры обусловлены длительностью процессов разложения отходов и связанных с ними эмиссий загрязняющих веществ: биогазом, фильтрационными водами, неравномерным оседанием свалочного тела. Хотя экскавация свалочных тел является относительно дешевым способом подготовки территорий к освоению, она не может заменить полноценной рекультивации полигонов ТКО и восстановления хозяйственной ценности нарушенных территорий. Целесообразность ее применения зависит от конкретных условий: экономических возможностей и градостроительной ценности земельного участка, занятого полигоном; геометрических параметров полигона, степени разложения отходов, имеющихся возможностей по перевозке отходов на другой полигон. Недостаточно разработанные методические подходы к оценке состояния свалочных тел и связанных с этим эмиссий загрязняющих веществ на заключительных этапах жизненного цикла, приводят к принятию неоптимальных с экологической или экономической точек зрения решений. Химический состав, интенсивность и продолжительность эмиссий носят индивидуальный характер для каждого полигона и зависят от качественного и количественного состава складированных отходов, природных условий участка размещения полигона, возраста полигона, интенсивности процессов разложения отходов. Несмотря на то, что закономерности метаногенеза достаточно хорошо изучены, конкретные ответы на вопросы о том, какие полигоны представляют наибольшую опасность, при какой степени разложения отходов свалочные тела не представляют угрозы для людей, пока отсутствуют. Недостаточно разработаны методические подходы к определению объема и скорости образования биогаза, периода его интенсивного выделения, потенциала опасности полигона. Отсутствует и классификация полигонов как источников биогаза, что не позволяет принимать адекватные инженерно-технические решения.
Для обоснованного выбора направления и методов освоения подобных территорий необходимы исследования изменений в свалочном теле, связанных со временем, прошедшим после закрытия свалки. Свалка является источником биогаза и фильтрационных вод в первые годы после закрытия, однако, когда эмиссии заканчиваются, возможность строительного освоения связана уже с физико-механическими, физико-химическими и эпидемиологическими характеристиками свалочного грунта, которые в настоящее время изучены недостаточно. Актуальным с этой точки зрения является исследование процессов гумификации целлюлозосодержащих отходов, формирующих свалочный грунт.
Анализ работы полигонов депонирования ТКО в Российской Федерации, показал, что общая стратегия депонирования отходов формируется и осуществляется без учета вторичного использования их территорий в отдаленной перспективе. Причиной является отсутствие концептуальных и научно-методических основ управления полигонами с учетом их последующего безопасного в геоэкологическом отношении инженерного освоения.
Разработка методических подходов с учетом градостроительной ценности территорий, на основе диагностики состояния свалочных тел и изменения геометрии свалочных тел, активного управления метаногенезом и научно обоснованного выбора соответствующего комплекса мероприятий по инженерному освоению территорий, позволит более эффективно в экономическом отношении и надежно в экологическом, решать важные народно-хозяйственные задачи преобразования закрытых санитарных полигонов в полноценную территорию, пригодную для интенсивного строительства и предотвращения нового изъятия и задалживания земель [5].
1 Характеристика свалок и полигонов ТКО
Складирование (депонирование) твердых коммунальных отходов (ТКО) на контролируемых свалках (полигонах) является самым распространенным методом их обезвреживания. Полигоны ТКО различаются по климатогеографическим условиям, возрасту объему, составу и сроку действия эмиссий, локальным особенностям местности. В настоящее время объекты захоронения ТКО классифицируются по форме (карьерные, отвальные, откосные, резервуарные захоронения), по годовому объему принимаемых ТКО, тыс.м3 /год (10,20,30,60,120,240 и т.д. до 3000); мощности захоронения (высоконагруженные полигоны общей высотой или глубиной более 20 м и нагрузкой 10т/м2 , и насыпные захоронения высотой до 20 м). Техническое обустройство современных полигонов ТКО формировалось в соответствии с изменениями в области стратегии захоронения отходов[3].
Существующие захоронения ТКО можно разделить на три основные категории:
1 категория - стихийные свалки, которые характеризуются отсутствием инженерно-экологических изысканий для территории, отведенной под размещение отходов, и минимальными экономическими затратами на этапах эксплуатации и закрытия объекта, при этом отходы размещены насыпью без уплотнения и изоляции, а само захоронение и зона его влияния в течение длительного времени не контролировались.
2 категория - санкционированные необорудованные захоронения ТКО. Введены в эксплуатацию с соблюдением нормативов размещения объекта по санитарным и геолого-гидрологическим критериям; при размещении отходов проводится послойное уплотнение, в некоторых случаях, без изоляции слоев, окончательная засыпка рабочей поверхности захоронения завершает эксплуатацию объекта; регулярные наблюдения за полигоном и в зоне его влияния не проводятся.
3 категория - санитарные полигоны, на которых предусматривается соблюдение технологии складирования, наличие инженерных сооружений и контроля влияния на объекты окружающей среды.
С точки зрения стратегии восстановления территорий, выбора направления рекультивации, оценки состояния свалочного тела на заключительных этапах жизненного цикла необходима классификация полигонов как источников метана. В этой связи целесообразно разделить захоронения ТКО на три группы:
несанкционированные, старые свалочные тела с земляной засыпкой, закрытые для приема отходов и находящиеся на разных стадиях метаногенеза, от интенсивных до затухающих эмиссий метана;
санкционированные свалки, построенные без необходимой инженерной структуры, функционирующие или закрытые для приема, находящиеся на стадии рекультивации, у которых активная фаза метаногенеза еще впереди;
новые полигоны, оборудуемые системами дегазации и противофильтрационной защитой, на которых возможны контроль и управление процессом образования метана.
2. Оседание свалочного тела
Захоронения, закрытые для приема ТКО, во всем мире относятся к наиболее типичным нарушениям территории. Восстановление хозяйственной ценности этих территорий считается дорогостоящей процедурой во всем мире.
Во многих случаях существование нарушенных свалочными телами территорий связано не только с высокими затратами, необходимыми для их восстановления, но и с установленными нормативами, как правило, запретительного характера. Российское законодательство, как и законодательства многих других стран (CERLA, RCRA США), хотя и декларирует необходимость рекультивационных работ после закрытия полигонов, активное коммерческое освоение территорий старых свалок и полигонов ТКО не стимулирует. Для этого существуют объективные причины. Главная из них заключается в самой природе свалочного тела, являющегося источником повышенной опасности из-за образования биогаза, фильтрата. Оседание свалочного тела вызывает проблемы инженерно-технического и геотехнического характера, такие как низкая несущая способность основания; наличие неравномерной осадки.
Инженерно-техническая опасность связана с процессами оседания поверхности свалки и дифференцированной просадки отдельных участков тела полигона, возникающей вследствие нарушений устойчивости откосов полигона, обвалов, пустотообразований и т.п. Это приводит к развитию эрозии почвенного покрова, нарушению работы систем сбора фильтрата и дегазации.
Оседание полигона начинается в период эксплуатации в процессе ежедневного уплотнения ТКО, и продолжается после его закрытия под действием собственного веса и развивающихся биологических процессов разложения отходов. Скорость и масштаб оседания неоднородны и зависят от морфологии ТКО, степени их уплотнения в период укладки, типа грунтов, используемых для ежедневной засыпки и устройства окончательного покрытия, веса и конструктивных особенностей покрытия [5].
В результате процессов разложения в условиях оптимального метаногенеза возможно оседание на 40%, практически в промышленно развитых странах оно варьирует от 1 до 20%, составляя в большинстве случаев 10 - 15%. [2].
Наибольшее оседание свалочного тела происходит в течение первых 12 лет после закрытия свалки. Сокращение массы полигона, сопровождающееся оседанием, происходит в течение нескольких десятилетий. Имеется сообщение о том, что скорость просадки некоторых полигонов была наивысшей в течение первых трех месяцев после закрытия, а затем низкой и относительно равномерной, при этом 90% оседания произошло в течение первого года. Зафиксировали ежегодную скорость просадки 0,5 - 4,7 % на полигонах с исходной плотностью отходов от 650 до 1200 кг/м3 [4].
На скорость оседания оказывают существенное влияние высота складирования отходов и годовое количество осадков. Оседание полигона глубиной 6 м, расположенного в районе умеренных осадков (осадков более 11см/год) и умеренных температур, в первый год после закрытия полигона составило около 20%; в относительно засушливом районе (осадков менее 6 см/год) с более высокими средними температурами, оседание спустя три года после закрытия составило около 3% при глубине полигона 14 -23 м.
В рекультивационный и пострекультивационный периоды наиболее опасно вторичное сжатие, которое может осложняться потерей устойчивости откосов и локальными провалами поверхности [5].
Сложный характер физико-химических и микробиологических процессов в свалочном теле требует соответствующих методов предотвращения опасных и вредных воздействий на человека и окружающую среду. В настоящее время в мировой практике наряду с радикальным методом полной или частичной экскавации свалочных тел используются такие методы восстановления территорий свалок и полигонов ТКО, как активация окислительных процессов в свалочном теле, увлажнение и орошение полигона, предварительной обработки отходов перед захоронением.
Метод экскавации свалочных тел развивается с 90-х годов. Он используется для снижения площади закрытых полигонов, сокращения расходов на закрытие. Используется он и как способ модернизации открытых свалок, неудачно спроектированных или неэффективно функционирующих полигонов, или как способ быстрого начала нового хозяйственного использования территории [6].
Удаление свалочного тела связано также с извлечением вторичных ресурсов. Потенциальной сферой применения извлеченных материалов является дорожное строительство и производство строительных материалов.
Существуют различные варианты экскавации, улучшающие экологическое состояние объекта, сокращающие затраты на эксплуатацию и закрытие полигона:
* выемка или сбор отходов на внешней границе полигона для снижения его площади в сочетании с немедленным размещением, уплотнением и укрытием слоем грунта собранного материала на оставшейся площади;
* выемка всех отходов (особенно при малом размере свалки) и перевозка материалов на соответствующий полигон для ТКО;
* выемка всех материалов, временное складирование вблизи свалки при обеспечении соответствующего экологического контроля, строительство нового полигона на исходном участке в соответствии с санитарными требованиями современных полигонов и захоронение ТБО на новом полигоне;
* выемка материалов, переработка и извлечение регенерируемых материалов, модернизация площадки и захоронение ТБО на новом полигоне.
Как известно, неравномерная осадка оснований является одной из причин деформаций зданий и сооружений. При освоении территорий полигонов, закрытых для приема ТКО, неравномерные оседания весьма вероятны, так как процессы разложения идут непрерывно. Оседание полигона начинается в период эксплуатации полигона в процессе ежедневного уплотнения ТБО и продолжается после его закрытия под действием собственного веса и развивающихся биологических процессов разложения отходов (рис. 1) [8]. Считают, что за 15 - 20 лет происходит снижение общей массы разлагающихся отходов на одну треть. Оседание поверхности, как правило, зависит от технологии складирования и морфологии ТКО. Согласно современным представлениям, механизм оседания свалочного тела включает следующие составляющие: деформацию инертных компонентов отходов (стекло, камни и похожие материалы) в результате механического уплотнения при укладке ТКО, мгновенное сжатие, обусловленное сжимаемостью поровой воды, фильтрационное уплотнение или фильтрационную консолидацию (выжимание воды из пор материала), вторичную консолидацию или ползучесть скелета; разложение органики с образованием биогаза.